碳酸钠浓度对熟料氧化铝净溶出率的影响及控制

Na2O
18117 2112 2143 2134
K2O 3145
Na2Os 1107
ηA
91199 88182 86173 86130
ηN
9617 94149 93153 94142
表 2 溶液成分
成
项目
Na2O T 分
溶出液 ,g/ l 100117
碳分母液 ,g/ l 16717
赤泥洗液 ,g/ l 42163
务年限 。 缺点 :电铲工作线较短
收稿日期 :2000 - 05 - 09
经过几年的摸索和实践 ,由纵向开采改为横向 开采 ,不仅创造了较好的经济效益 ,而且也创造了可 观的社会效益 ,做到了矿产资源的合理开发 ,对人类 的生存和发展有着深远的现实意义 。
参考文献 :
〔1〕宜阳石灰石矿地质勘探报告〔R〕. 1976. 〔2〕焦玉书. 金属矿山露天开采〔M〕. 北京 :冶金工业出版社 ,1989. 〔3〕采矿设计手册〔Z〕. 北京 :中国建筑工业出版社 ,1987.
43 %、33 %和 20 %。说明大量的 Al2O3 是成为水化
石榴石损失的〔1〕。
从表 1 中 Al2O3 和 Na2O 的 净 溶 出 率 分 析 , Al2O3 的净溶出率比入磨熟料标溶降低 5169 个百 分点 ,而 Na2O 的净溶出率比起入磨熟料ηN标 仅降 低 2128 个百分点 。而且赤泥在洗涤过程中 , Na2O 的溶出率不但没有降低 ,反而增加了 0189 个百分 点 。进一步证明了 C2S 主要是以水化石榴石形态进 入赤泥 ,含水铝硅酸钠形态进入赤泥的量比较少 。
钙形式占的比例较大 ,一般为 40 %左右 ,原硅酸钙
在溶出过程中比较活跃 ,它是造成 Al2O3 损失的主
要根源 。它在溶出过程中的行为过程如下〔2〕:
2CaO ·SiO2 + 2NaO H + aq = 2Ca ( O H ) 2 +
Na2 SiO3 + aq
⑸
由于溶出液中 NaAl (OH) 4 成分在 15 分钟内就
Ca (O H) 2 + Na2CO3 = CaCO3 ↓+ 2NaO H
⑽
通过上述过程 ,溶出液中的游离钙大量转入赤
泥 ,降低了钙离子与铝酸钠接触生成水化石榴石和
含水铝硅酸钙 ,从而降低熟料溶出过程中 Al2O3 和
碱的损失 。
熟料溶出过程中溶液温度和 Na2CO3 浓度的升 高 ,可以使生成的水化石榴石分解 ,反应式如下〔1〕:
图 2 说明 ,苛化反应的程度与溶液中全碱浓度
和溶液温度有关 。在实际生产过程中 ,溶出磨出来
溶液 温 度 平 均 为 84 ℃, 赤 泥 分 离 沉 降 槽 平 均 为
83 ℃。(1999 年统计台帐) 。溶出液全碱平均浓度
为 100g/ l 左右 ,如表 2 。这一生产条件有利于促进
水化石榴石的分解 。增大的 Na2CO3 浓度 ,可使溶 液脱硅速度加快 ,造成 Al2O3 损失 。
(责任编辑 杜雅君)
· 1 0 · 王奎 :碳酸钠浓度对熟料氧化铝净溶出率的影响及控制 2000 年第 11 期
出过程中的二次反应损失有着重要作用〔4〕。
1 现状分析
贵铝氧化铝厂烧结法溶出工艺流程如图 1 所
示。 入磨熟料成分 ,各阶段赤泥成分列于表 1 ,溶出
液 ,碳分母液 ,赤泥洗液 ,粗液指标列于表 2 。表 1 、 表 2 的数据来自 1999 年技术指标统计台帐 。
熟料中的铁酸钙则发生如下反应caofe这一反应过程发生后使溶液中存在游离的caoh与naaloh反应生成3caoalo含水铝酸钙再与溶液中的na用生成水化石榴石使al2naaloh3caoal3caoal3caoal熟料中cao含量占23左右cao又以原硅酸钙形式占的比例较大一般为40左右原硅酸钙在溶出过程中比较活跃它是造成al损失的主要根源
2NaSiO3 + ( 2 + n) NaAl ( O H) 4 + aq = Na2O · Al2O3·SiO2·nNaAl (O H) 4·xH2O - 4NaO H + aq ⑺
为了便于分析水化石榴石和含水铝硅酸钠对
Al2O3 的 损 失 量 。假 定 含 水 铝 硅 酸 钠 的 组 成 为 NAS2 H2 ,并且不考滤进入溶液中的 SiO2 ,则对于已 经分解的 C2 S 来说 ,按如下反应式计算 :
3C2 S + 2 ( 315 - x ) NaAl ( O H ) 4 + aq = 2C3ASx H6 - 2x + (115 - x) NAS2 H2 + 4NaO H + aq ⑻
NAS2 H2 中所含的 Al2O3 量为全部 Al2O3 损失
的131155
-
x x
,当
x
=
0 、015
和
1
时 ,这一比值相应为
3 Na2CO3 在溶出过程中对 C2S 和水 化石榴石的作用及对ηA净的影响
从上述分析得出 ,熟料中 C2 S 是导致 Al2O3 损
失的主要根源 ,Al2O3 主要是以水化石榴石形态进
入赤泥渣相的 。在原始溶液中加入适量的 Na2CO3 溶液 ,可以抑制二次反应 ,减少水化石榴石的生成数
量 ,降低 Al2O3 损失 。这是因为 Na2CO3 在熟料溶
3Ca (O H) 2 + 2NaAl (O H) 4 + aq = 3CaO·Al2O3 ·
6 H2O + 2NaO H + aq
⑶
3CaO ·Al2O3 ·6 H2O + xNa2 SiO3 + aq = 3CaO ·
Al2O3·xSiO2·yH2O + 2xNaO H + aq
⑷
熟料中 CaO 含量占 22 作用生成 CaCO3 进入赤泥 。 如下式〔1〕:
2CaO·SiO2 + 2Na2CO3 + aq = Na2 SiO3 + 2CaCO3
↓+ 2NaOH + aq
⑼
另外 , C2S 与 溶 液 中 的 NaOH 作 用 生 成 Ca (O H) 2 成分 ,Ca (O H) 2 再与原始溶液中的 Na2CO3 , 发生苛化作用 ,使游离 Ca ( OH) 2 离子生成 CaCO3 进入赤泥渣 。如〔1〕:
上述过使熟料中的 Al2O3 和 Na2O 转入溶液 ,
是熟料溶出过程中其本的对生产有利的反应 。熟料
中的铁酸钙则发生如下反应〔2〕:
CaO·Fe2O3 + 4 H2O = Ca (O H) 2 + Fe (O H) 3 ↓ ⑵ 这一反应过程发生后 ,使溶液中存在游离的 Ca
(OH) 2 ,而 Ca (OH) 2 与 NaAl (OH) 4 反应生成 3CaO· Al2O3·6 H2O ,含水铝酸钙再与溶液中的 Na2 SiO3 作 用生 成 水 化 石 榴 石 使 Al2O3 进 入 赤 泥 。反 应 如 下〔4〕:
在烧结法生产氧化铝工艺过程中 ,熟料溶出过
程是决定烧结法经济效益最主要的环节之一 ,溶出
工艺技术条件控制不当 ,尽管熟料质量良好 ,也不能
得到良好的溶出效果 。Al2O3 净溶出率则是衡量溶
出效果的主要技术经济指标 ,以ηA净表示 。根据长
期实践经验和理论研究证明 η, A净的计算表示为 :
ηA净
3CaO·Al2O3·xSiO2·(6 - 2x) H2O + 3Na2CO3 +
aq = 3CaCO3 +
x 2
( Na2 O·Al2O3 ·2 SiO2 ·n H2 O)
+
(2 -
x) NaAl (OH) 4 + 4NaOH + aq
⑾
而且这一过程是随溶液 Na2CO3 浓度 ,温度的
逐步升高而加强的 。如图 2 所示〔2〕:
Al2O3热 =
-
Al2O泥 ×CaO熟/ CaO泥 Al2O3熟
×100
%〔1〕
⑴
式中 Al2O3熟 、Al2O3泥 , CaO熟 和 CaO泥 分 别 表
示熟料和赤泥中的 Al2O3 和 CaO 含量 ( %) 。从计 算看出 ,要使氧化铝净溶出率高 ,必须最大限度地减 少熟料中的 Al2O3 进入赤泥 ,使之最大限度地转入 溶液 。
2 熟料溶出过程中 Al2O3 损失的原因
熟料溶出的主要目的是使熟料中 Al2O3 和碱最 大限度地减少进入赤泥渣相 ,达到提高溶出效果的 目的 。从 ⑴式可以看出 Al2O3泥 越低ηA净越高 ,溶出 效果越好 。因此必须清楚了解 Al2O3 进入赤泥渣相 的原因及机理 ,才能有效抑制 Al2O3 进入赤泥 ,降低
2000 年第 11 期 轻 金 属 · 11 ·
在熟料溶出时 β, - C2 S 与铝酸钠溶液作用生成 水化石榴石的过程中 ,由于水化石榴石中 CaO 对 SiO2 的比例过大于原硅酸钙 , 所以总会有多余的 SiO2 按下式生成含水铝硅酸钠〔2〕。
能达到预期结果 。 ⑹式的 Ca (OH) 2 和 Na2 SiO3 就
能直接与 NaAl (O H) 4 反应生成水化石榴石〔2〕。
3Ca ( O H) 2 + 2NaAl ( O H) 4 + xNa2 SiO3 + aq = 3CaO·Al2O3·xSiO2·yH2O + 2 (1 + x) NaO H + aq ⑹
图 2 水化石榴石与 Na2 CO3 溶液相互作用的平衡曲线
Ⅰ———C3AH6 , 95 ℃; Ⅱ———C3AS015 H510 , 95 ℃; Ⅲ——— C3AS015 H510 ,30 ℃
粗液 ,g/ l
95175
Al2O3
117147 18184 45107 111149
Na2OC
19167 13913 8172 17163
αk
1113 2148 1124 1116
固含
98 3133 5168 6195
SiO2 4185
溶出液从溶出磨出来 ,用泵输送到分离沉降槽 大约需要 3 分钟时间 。溶出赤泥分离采用絮凝沉降 工艺 ,分离时间约为 30～40min〔1〕。
表 1 入磨熟料及赤泥成分 3
成
分 项目 入磨熟料 , %
SiO2
Fe2O3
Al2O3
CaO
TiO2
12
3173
31134
23115
3131
溶出赤泥 , %
6134
7112
46178
分离赤泥 , %
6114
8122
45125
未次赤泥 , %
6118
8125
45119
3 表中数据为贵州铝厂 1999 年铝的年平均数 ,非计算值 。
烧成熟料由多种物质组成 ,成分比较复杂 ,致使 熟料的溶出反应过程复杂 ,影响熟料溶出 Al2O3 净 溶出率的因素比较多 。其中溶出液 Na2O3 浓度的 调配控制 ,对提高熟料溶出 Al2O3 净溶出率 ,抑制溶
图 1 熟料溶出工艺流程
年限 115 年 。
6 横采的优缺点
优点 : ⑴省去了开段沟工作量 ; ⑵减少每个台阶的剥离量 ; ⑶均衡配矿 ,增加了矿量 ; ⑷充分利用矿产资源 ,延长了矿山服
溶出及赤泥分离过程中 Al2O3 的损失 ,提高 Al2O3 净溶出率 。
在熟料溶出开始阶段 ,迅速溶解于水溶液中 ,成
为铝酸钠溶液 ;熟料中的铝酸钠和铁酸钠在水溶液
中发生水解反应 ,反应如下〔2〕:
Na2O·Al2O3
+ 4 H2O
= 2Na +
+
2Al
(O
H)
4
Na2O·Fe2O3 + 2 H2O = 2NaO H + Fe2O3·H2O ⑴
溶出液碳酸钠浓度技术规程为 : 18～24g/ l ,近 年来因整个生产流程中的 Na2CO3 积累较高 ,1998 年蒸发原液中平均高达 16128 % ,也严重影响到蒸 发 ,压 煮 溶 出 , 配 料 等 工 序 的 正 常 生 产 。厂 部 于 1999 年初把溶出液 Na2CO3 浓度调整为 16～22g/ l 。 从表 2 中看出 ,1999 年溶出液平均 Na2CO3 浓度为 19167g/ l 。
2000 年第 11 期 轻 金 属 · 9 ·
·氧化铝 氟化盐·
碳酸钠浓度对熟料氧化铝 净溶出率的影响及控制
王奎
(贵州氧化铝厂 ,贵州 550058)
摘要 : 分析了贵州铝厂氧化铝净溶出率低的原因 ,并从碳酸钠浓度实际情况出发 ,讨论了对其氧化铝净出率造成的影 响 ,提出了碳酸钠浓度的控制范围 。 关键词 : 碳酸钠浓度 ;熟料溶出 ;氧化铝净出率 中图分类号 : TF111. 31 文献标识码 : B 文章编号 : 1002 1752 (2000) 11 0009 04
从表 1 统计结果看 ,入磨熟料 Al2O3 的平均标 准溶出率为 91199 % ,经溶出后 ,Al2O3 溶出率降到 88182 % ,降低 3117 个百分点 。溶出赤泥进行分离 后 ,Al2O3 溶出率从 88182 %下降到 86173 % , 降低 了 2109 个百分点 。而赤泥洗涤过程中 Al2O3 溶出 率只降低了 0143 个百分点 ,从而证明大量的 Al2O3 是在溶出和赤泥分离这一过程损失的 。